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MODULO 4. ACTIVACIÓN DE LINFOCITOS B
TEMA 8 RESPUESTA A UNA PRIMOINFECCIÓN Y A SEGUNDAS INFECCIONES
INDICE
- Ontogenia y maduración de linfocitos B en medula ósea
- Subtipos de linfocitos B
- Respuestas T-Independientes y T-dependientes
- Activación de linfocitos B
- Cooperación T-B
- Cinética de producción de anticuerpos en respuesta a un antígeno
- Respuesta a reinfecciones
- Tablas resumen
1. MADURACIÓN DE LINFOCITOS B EN MEDULA ÓSEA
Introducción Los linfocitos B maduros se encuentran en periferia (fuera de la médula ósea) Expresan inmunoglobulina de membrana. Provienen de células progenitoras B, que están presentes en la médula ósea. Se denominan células B inmaduras a las células localizadas en medula ósea (MO) y que expresen inmunoglobulina de membrana (IgM). Estas células sufren selección negativa si reconocen moléculas en medula ósea. Los linfocitos B que no reconocen estructuras propias saldrán de la medula ósea y convirtiéndose en linfocitos B maduros que circularán por vía linfática Maduración Las células progenitoras de linfocitos B se denominan de manera diferente en las diferentes etapas en las que se puede dividir el proceso de diferenciación, y que dependen de los reordenamientos en los genes de cadena pesada y ligera de inmunoglobulina que tienen lugar. Los primeros segmentos genéticos que se reordenan son los de cadena pesada, y además lo hacen de una manera precisa en el tiempo, primero se reordenan los segmentos DH y JH y una vez que esto ha ocurrido, tiene lugar el reordenamiento VH-DHJH. Sólo cuando este reordenamiento ha terminado y se traduce la cadena pesada μ "mu” (contiene el dominio variable y los dominios constantes), el linfocito pre-B grande comienza a reordenar los segmentos genéticos que darán lugar al dominio variable de cadena ligera. La señal que dispara este nuevo reordenamiento es la llegada a membrana de un pre-receptor de linfocito B, ya que la cadena pesada μ se puede unir en retículo endoplásmico a dos proteínas (V-pre-B y λ 5 ) que sólo están presentes en este estadio de diferenciación y que permiten el transporte de esta cadena μ a membrana Los linfocitos B inmaduros, aún presentes en médula ósea, expresan inmunoglobulina de membrana, ya que han reordenado los segmentos genéticos del dominio variable de cadena pesada y ligera. A esa inmunoglobulina de membrana se la nombra como IgM. Estos linfocitos B inmaduros abandonan médula ósea y comienzan a recircular. A partir de su salida de la médula ósea se denomina ya linfocitos B maduros.
La supervivencia de células B inmaduras y su paso de célula B inmadura a B madura depende de la ausencia de reconocimiento de elementos propios en médula ósea. Los linfocitos B inmaduros que reaccionan con elementos propios en médula ósea mueren o se convierten en células anérgicas (incapaces de diferenciarse a célula plasmática) Los que no reconocen elementos propios o tienen poca afinidad por ellos llegan a linfocitos B maduros
El paso de linfocito B maduro a célula secretora de inmunoglobulinas o a célula memoria depende del reconocimiento de antígeno no propio.
Reordenamiento de genes estructurales Hasta ahora habíamos planteado que existía un único gen que codificaba para los dominios constantes de cadena pesada y por lo tanto todos los linfocitos B comparten idénticos dominios constantes en cadena pesada Existen varios genes (regiones del ADN) con capacidad para codificar los exones constantes de cadena pesada Se nombran como C y una letra griega. La región constante determina el isotipo de inmunoglobulinas. Hay 9 isotipos, que se agrupan en 5 familias. Estos isotipos se pueden expresar en la membrana de los linfocitos B en forma de receptor de membrana, o solubles (ya secretados, anticuerpos). En este caso los isotipos IgM e IgA forman pentámeros o dímero.
FALSO
Formación de la IgM La llegada del pre-receptor de linfocito B (pre-BCR) en células pre-B induce el reordenamiento de los genes de cadena ligera de inmunoglobulina. Cuando este reordenamiento se lleva a cabo la célula progenitora B tiene en retículo endoplásmico la cadena pesada μ y la cadena ligera, uniendo dos cadenas pesadas con dos ligeras y transportando la IgM a membrana y denominándose célula B inmadura.
Exclusión alélica Existe un proceso denominado exclusión alélica por el que cuando una célula progenitora B reordena de manera productiva los segmentos VDJ (pesada) o VJ (ligera) se inhibe el reordenamiento del otro cromosoma. Ello se debe a que se ha seleccionado un sistema de generación de diversidad en que cada linfocito B tiene un único receptor de antígeno, por lo que sólo puede tener un único gen reordenado (el paterno o el materno) productivamente, y por ello hay una única secuencia de cadena μ y una única secuencia de cadena ligera, κ o λ.
2. SUBTIPOS DE LINFOCITOS B VIRGENES
Al igual que en linfocitos T, hay subclases o subtipos de linfocitos B, si bien su diferencia no radica en la expresión de un co-receptor diferente (CD4 o CD8), ya que los linfocitos B no reconocen complejos pMHC. Las diferencias entre estas subpoblaciones de linfocitos B se centran en: Expresión de Inmunoglobulinas de membrana: Localización: Patrón de Recirculación Necesidad de cooperación T. Capacidad de cambiar de isotipo. Capacidad de mutar la región de DNA Capacidad de generar linfocitos B memoria tras recibir cooperación T. Capacidad de generar células plasmáticas de vida media larga que secrete Ac de un isotipo diferente de IgM (cambio de isotipo).
Linfocitos B-2 o foliculares Se generan a partir de progenitores de medula osea. Sufren selección negativa en su fase de células B inmaduras. Se encuentran en las zonas B de ganglios linfático y bazo y sangre. Recirculan entre sangre y linfa tal y como lo hacen linfocitos T vírgenes Expresan en membrana simultáneamente IgM e IgD que son dos isotipos diferentes pero con la misma especificidad) Generan células plasmáticas de vida media corta con cooperación T. Generan células plasmáticas de vida media larga que secretan sobre todo IgG Pueden cambiar de isotipo y mutar, normalmente en centro germinal Requieren contacto con Antígeno no propio y cooperación T para convertirse en células plasmáticas y/o en células memoria
Linfocitos B- Aparecen durante desarrollo fetal, anidan en peritoneo y pleura y allí proliferan durante toda la vida del individuo. También parecen estar en mucosas de sistema respiratorio y digestivo. No sufren una selección negativa muy intensa, por esto parecen ser algo autorreactivos No recirculan, por lo que su contacto con antígenos no propios es local. No están en sangre ni en ganglios linfáticos ni en bazo Generan células plasmáticas de vida media corta, pero no de vida media larga
Estas células plasmáticas secretan IgM de forma muy mayoritaria aunque ahora se considera que también IgA que tiene gran importancia en sistema inmune de mucosas. Sin embargo casi no secretan IgG, al contrario que los linfocitos B2 o foliculares Las regiones de ADN donde se ha realizado el reordenamiento VDJ o VJ no mutan. No requiere cooperación T para convertirse en células secretoras de IgM, aunque sí necesitan la agregación masiva de la IgM de membrana Tienen un repertorio de reconocimiento de antígeno sesgado a reconocer hidratos de carbono con epítopos repetidos (antígenos de alta organización). Este tipo de estructura es reminiscente (que alude a) de los PAMPs y están presentes en Bacterias y Virus sin membrana. Secretan anticuerpos de isotipo IgM de manera casi espontánea. Parecen ser las responsables de la secreción de anticuerpos contra grupos sanguíneos y de la mayor parte de la IgM que tenemos en suero en un momento dado
Linfocitos B de Zona Marginal. (ZM) Son células semejantes pero no idénticas a los linfocitos B- Provienen de células progenitoras de médula ósea Anidan en la Zona Marginal de Bazo, y no están presentes en ganglio linfático. No recirculan y por tanto no están presentes en sangre. Ello les hace unas células muy importantes a la hora de reconocer bacterias que pasan rápidamente a sangre (bacterias con cápsula). Ausentes del organismo en algunos pacientes de forma congénita (anesplenia) o adquirida cuando se extirpa el bazo, lo que ha sido utilizado para conocer sus funciones en humanos Generan células plasmáticas de vida media corta, y no de vida media larga como las B Estas células plasmáticas secretan IgM de forma muy mayoritaria. Sin embargo casi no secretan IgG, al contrario que los linfocitos B2 o foliculares e igual que los B Las regiones de DNA donde se ha realizado el reordenamiento VDJ o VJ no mutan No requiere cooperación T para convertirse en células secretoras de IgM, aunque sí necesitan la agregación masiva de la IgM de membrana. Como linfocitos B- Tienen un repertorio de reconocimineto de antígeno sesgado a reconocer hidratos de carbono con epítopos repetidos. Este tipo de estructura es reminiscente de los PAMPs y están presentes en Bacterias y Virus sin membrana. Secretan anticuerpos de isotipo IgM mayoritriamente, aunque en humanos parece que pueden cambiar de isotipo a IgG. Practicamente no generan células B memoria ni células plasmáticas de vida media corta.
3. RESPUESTA T-DEPENDIENTE Y T-INDEPENDIENTE
Introducción Ligado al concepto de subtipos de linfocitos B, está el de necesidad o no de recibir cooperación de linfocitos T, dividiéndose la respuesta de linfocitos B en respuestas T-Depenndientes y respuestas T independientes. Las respuestas T-dependientes necesitan existencia de linfocitos T, mientras que las respuestas de producción de anticuerpos de una manera T-independiente puede tener lugar en individuos carentes de linfocitos T (atímicos o nude). Las repuestas T-Independientes las realizan los linfocitos B-1 y B-ZM, Las respuestas T-dependientes las realizan los linfocitos B-foliculares y en humanos quizás también B-ZM
Respuesta T-independientes Tradicionalmente estas respuestas T-independientes se dividen en función de las características intrínsecas del antígeno en respuesta: T-Independientes tipo-1 y T-Independientes tipo-2.
Respuesta T-independientes tipo 1 Las respuestas TI-1 se realizan contra LPS dado que los linfocitos B expresan en su membrana CD14, un receptor para LPS, (esto no ocurre en humanos)
Los linfocitos B pueden responder a bacterias GRAM (-) de dos maneras:
- Si la concentración de LPS (de la pared bacteriana) es alta la respuesta será policlonal y no-específica dado que el 30% de los linfocitos B responden a LPS secretando la inmunoglobulina que tiene en membrana en forma de IgM tanto si ha contactado con su antígeno específico como si no lo ha hecho. Esta respuesta solo ocurre cuando hay una alta concentración de LPS
- Cuando la concentración de LPS es baja, los LPS actuarán como moléculas co- estimuladoras mejorando la respuesta de los linfocitos B que reconocen antígenos de la pared bacteriana y por tanto son específicos contra dicha bacteria
Respuesta T-independiente tipo 2 Los antígenos de alta organización de ciertos microorganismos producen una gran agregación de la inmunoglobulina de membrana de linfocitos específicos. Esta agregación masiva de la inmunoglobulina de membrana sólo se logra con dos tipos de microorganismos: Bacterias con cápsula Virus sin membrana. Esta agregación induce la activación sin cooperación T de linfocitos B-1 y B-ZM, que se diferencian a células plasmáticas de vida media corta
ALTA CONCENTRACIÓN DE LPS BAJA CONCENTRACIÓN DE LPS
Respuesta T-dependiente Normalmente los antígenos de alta organización que se localizan en la superficie de la mayoría de microorganimos (bacterias sin cápsula, virus envueltos…) producen una baja agregación. Estos antígenos sólo pueden activar linfocitos B-2 (B-FO) con cooperación de linfocitos T. Las proteínas solubles (exotoxinas), que son antígenos producen una leve agregación de la inmunoglobulina de membrana por tanto requiere la cooperación de linfocitos T para que los linfocitos B (cualquier población) se conviertan en células secretoras de Ig.
Antígenos de alta organización
Antígenos de baja organización Tipo de linfocitos B que pueden reconocerlos a través de inmunoglobulina de membrana B-1, B-ZM y B-2^ B1, B-ZM y B- Subtipos de linfocitos B específicos que se diferencia a células plasmáticas sin cooperación T B-1 y B-ZM^ Ninguno Subtipos de linfocitos B específicos que se diferencian a células plasmáticas con cooperación T B-2^ B- Origen de Células plasmáticas de vida media corta que secretan IgM específica contra estos antígenos B-1, B-ZM y B-2^ B- Origen de Células plasmáticas de vida media corta que secretan IgG o IgE específica contra estos antígenos B-2^ B-
Origen de Células plasmáticas de vida media corta que secretan IgA específica contra estos antígenos B-1 y B-2^ B-
4. ACTIVACIÓN DE LINFOCITOS B
Activación T-independiente Cuando los linfocitos B contactan con su antígeno específico se convierten en células secretoras de inmunoglobulina al procesar el ARN primario de cadena pesada y eliminar del ARNm la información genética de las regiones transmembranosa e intracitoplasmática, las cuales anclaban la inmunoglobulina al linfocito Los linfocitos B-ZM que contactan con antígenos de alta organización (microorganismos) se diferenciación a célula secretora de inmunoglobulina. Secretan IgM dado que no se produce cambio de isotipo, aunque a veces sí ocurre pudiéndose detectar IgG producida por células B-1 o B- ZM. Las células secretoras de IgM, provenientes de la diferenciación de linfocitos B-ZM, mueren rápidamente, por lo que la producción de IgM disminuye rápidamente. Además la IgM secretada es degradada. La IgM no suele permanecer más de 1-2 meses Como no producen células memoria, una reinfección no mejora la respuesta. Las células B-1 o B-ZM responden frente polisacáridos de microorganismos presentes en tubo digestivo. Existe una reactividad cruzada con los antígenos de grupo sanguíneo, polisacáridos presentes en la membrana de células de endotelio, eritrocitos, etc…, que no se expresen en células propias. Estos anticuerpos son de isotipo IgM, y casi no hay IgG contra polisacáridos, lo que concuerda con que estos anticuerpos sean producidos por células B-1.
Check point III Aproximadamente 7 días después de la entrada del microorganismo los linfocitos B activados que optan por formar un centro germinal entran en folículos primarios y comienzan a proliferar. En centro germinal se produce una nueva sinapsis entre linfocitos B-2 que han mutado sus regiones variables y linfocitos TFH cuya finalidad parece ser cerciorarse de que las mutaciones no han cambiado la especificidad antigénica y evitar así la posibilidad de generar linfocitos B autorreactivos que no pueden sufrir selección negativa, ya que están fuera de ganglios linfáticos En centro germinal tienen lugar los siguientes hechos esenciales que caracterizan la respuesta T-dependiente de linfocitos B-
- Mutaciones puntuales en la región del ADN donde se ha producido el reordenamiento VDJ o VJ. Estas mutaciones son al azar y cambian la afinidad por el antígeno.
- Se produce un cambio de istotipo al reordenarse las regiones constantes de los genes que codifican las regiones constantes de la cadena pesada de inmunoglobulinas.
- Las células plasmáticas generadas secretan una inmunoglobulina mutada y de un isotipo que no es IgM y además migran a médula ósea donde se convierten en células plasmáticas de vida media larga
- Algunos linfocitos B que salen de centro germinal no optan por convertirse en células plasmáticas de vida media larga sino en células B memoria , que no secretan anticuerpos sino que expresan en su membrana una inmunoglobulina de membrana mutada de un isotipo que no es IgM.
Check point IV (linfocitos B-memoria) Los linfocitos B memoria viven años, al igual que los linfocitos T memoria. Si en este tiempo sufrimos una reinfección por un microorganismo los linfocitos Tm y Bm específicos se activan al reconocer el antígeno sobre una célula dendrítica los linfocitos Tm o como antígeno íntegro los linfocitos Bm y hacen una sinapsis efectora. Las consecuencias son:
- Formación de células plasmáticas a partir de linfocitos B memoria activados que no ha entrado de nuevo en centro germinal. No hay un acuerdo completo sobre si estas células plasmáticas son de vida media corta o larga. Tampoco se sabe con certeza si quedan en cordones medulares o migran a Médula ósea.
- Formación de un nuevo centro germinal en donde se vuelven a generar nuevas mutaciones que inducen nuevos incrementos de afinidad en anticuerpos secretados o presentes en la membrana de linfocitos B memoria, tras selección de afinidades en centro germinal
Cooperación T:B En la colaboración T:B hay dos aspectos fundamentales:
- Los linfocitos B presentan el antígeno endocitado a través de la Ig de membrana en forma de complejo pMHC-II a linfocitos T específicos frente a ese mismo antígeno.
- Los linfocitos T modifican la función de los linfocitos B haciéndoles convertirse en células secretoras de inmunoglobulina o células B memoria. El concepto de que el mismo antígeno sea reconocido por linfocitos T y B no es fácil de comprender si no se considera antígeno en diferentes formas o Microorganismo (tanto linfocitos T y B son específicos frente al mismo microorganismo, pero pueden reconocer estructuras diferentes) o Proteína: Ambas son específicos frente a la proteína, pero reconocen diferentes epítopos
Un ejemplo clásico es el modelo de Hapteno-carrier, El antígeno es el conjunto de ambas estructuras, dado que el hapteno (estructura no proteíca de pequeño tamaño) puede ser reconocido por linfocitos B, pero como no es proteico, la cooperación T se la proporciona a los linfocitos B anti- hapteno linfocitos T anti-carrier (proteína a la que está el hapteno unido de manera covalente.
Este concepto de hapteno-carrier se utiliza en vacunas en donde se pretende obtener anticuerpos contra Hidratos de Carbono de la cápsula de bacterias. Se unen de manera covalente el oligosacárido a una proteína carrier, en este caso toxoide (el antígeno es el compejo polisacárido-toxoide). Los linfocitos B anti-polisacárido reciben cooperación de linfocitos T que reconocen complejos pMHC-II en donde el péptido proviene del toxoide, pero es específico contra el complejo antigénico hapteno-carrier
Cambio de isotipo. El cambio de isotipo no es una mutación ya que una mutacion cambiaria la afinidad por antígeno. Sin embargo el cambio de isotipo no cambia afinidad por antígeno pero modifica funciones efectoras Cuando algunos linfocitos B contactan con su antígeno en ganglio linfático cambian de isotipo, aproximando neoexón (VDJ) a regiones constantes más 3´y eliminando regiones constantes intermedias. A ello se le denomina cambio de isotipo
Hay 9 isotipos diferentes posibles según la región constante del ADN de cadena pesada de inmunoglobulinas. Las inmunoglobulinas se nombran con letras latinas correspondientes a las letras griegas de la región de DNA que codifica los dominios constantes de cadena pesada. Algunos de estos isotipos cuando se secretan pueden formar dímeros (IgA) o pentámeros (IgM)
Para que una célula secrete IgG, IgE, o cualquier Ig distinta de IgM se necesita un cambio de isotipo. Y el cambio de isotipo requiere cooperación T. El cambio de isotipo no es al azar, sino que depende de las señales provenientes de linfocitos T efectores TH1 o TH2. o Los linfocitos TH1 favorecen el cambio de isotipo a IgG-1 a través de secreción de IFN-gamma o Los linfocitos TH2 favorecen cambio de isotipo a IgE y a IgG-4. Tanto la IgM como la IgG se pueden encontrar en la membrana de las células B (vírgenes o memoria respectivamente) o secretadas por células plasmáticas. Diferentes funciones de cada isotipo secretado.
6. CINÉTICA DE PRODUCCIÓN DE ANTICUERPOS
Primoinfecciónes : En una primoinfección responden los linfocitos B vírgenes En las respuestas a antígenos no replicativos o TI-2 (alta organización) los linfocitos B- 1 o B-ZM producen en rápidamente mucha IgM de vida media corta También puede haber producción de IgG de larga duración en infecciones primarias cuando estas son prolongadas (antígenos replicativos). Cuando hay cooperación T:B se forman centros germinales, donde se generan células plasmáticas de vida media larga y células B memoria Reinfeccion En respuesta a una segunda infección se activan las células B memoria que se diferencian a células secretoras de IgG de vida media larga Los linfocitos B memoria se activan más rápido y con mayor afinidad que los linfocitos B vírgenes En presencia de IgG específica las células memoria no se inhiben por inmunocomplejos circulantes pero sí las células B vírgenes. Como resultado hay poca IgM y Mucha IgG.
Infecciones terciarias En ocasiones puede haber terceras infecciones, en cuyo caso se activarán mayor número de células memoria y de mayor afinidad. En estos casos se produciría poca IgM ya que la mayoría del antígeno reaccionaría con células B memoria y no con las vírgenes. La concentración de IgG en suero aumentaría muy rápido, así como su afinidad
8. TABLAS RESUMEN
Respuesta t-dependiente
Consecuencias del reconocimiento de epítopos
Masivamente repetidos (microorganismos con alta organización: virus sin membrana simples y bacterias con cápsula)
No repetidos (la mayoría de los microorganismos/antíge nos) en ausencia de cooperación T.
Consecuencias de la cooperación de linfocitos TH1 o TH2 efectores con linfocitos T activados específicos frente al mismo microorganismo/antígeno sea este de baja o alta organización.
Linfocitos B-ZM
Secreción de IgM. Células plasmáticas de vida media corta
No tiene consecuencias No hay coopración T.
Linfocitos B- 2
Proliferación y presentación complejo pMHC-II en membrana. No hay secreción de inmunoglobulina
Proliferación y presentación complejo pMHC-II en membrana. No hay secreción de inmunoglobulina
Conversión en células secretoras de IgM. Cambio de isotipo/mutación neoexones VDJ/VJ. Generación células memoria. En ciertas condiciones conversión en células secretoras de IgG de vida media corta o larga.
Consecuencias
Aparición a día 3- 4 de células secretoras de IgM de vida media corta Aparición IgM específica en suero que desaparece en menos de 2-4 meses
No hay secreción de anticuerpos específicos
Aparición células secretoras de IgM e IgG de vida media corta Desarrollo células B memoria Producción células plasmáticas de vida media larga secretoras de IgG u otro isotipo.(a veces)
